CN113515776B - 一种基于量子计算的多方安全计算的方法和装置 - Google Patents

一种基于量子计算的多方安全计算的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于量子计算进行多方安全计算的方法和装置，该方法在拥有第一隐私数据的n个参与方中的第一参与方的量子服务器上执行，该方法包括：制备第一工作系统为表征第一隐私数据的第一量子态；制备辅助系统为预设量子态;对第一工作系统和辅助系统施加使其纠缠的第一操作后，将辅助系统发送给下一位参与方；从最后一位参与方接收变换后的辅助系统，其中，变换后的辅助系统由最后一位参与方对第n隐私数据对应的第n量子态和接收的辅助系统，施加量子预言算子得到;对第一工作系统和变换后的辅助系统，施加第一操作对应的第二操作;测量并确定辅助系统是否处于预设量子态；若结果为是，根据第一工作系统，确定第一计算结果。

Description

一种基于量子计算的多方安全计算的方法和装置
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及数据安全、隐私保护和量子计算领域，尤其涉及一种基于量子计算的多方安全计算的方法和装置。
背景技术
随着大数据时代的到来，用户和机构的隐私数据越来越引起人们的重视，这也促使相关的法律法规越来越完善，所以近些年来数据安全和隐私保护成为业界关注的重点问题。传统的依赖数学加密算法的方案虽然能在一定程度上保障安全和隐私，但随着量子计算技术的发展，很多传统的加密手段逐渐变得不那么“安全”。所以直接利用量子计算方法完成相关的安全和隐私计算必将随着量子时代的到来变得越来越必要。
因此,需要一种基于量子计算的多方安全计算的方法。
发明内容
本说明书实施例旨在提供一种可以解决上述技术问题的方法。
为实现上述目的，本说明书一方面提供一种基于量子计算进行多方安全计算的方法，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方，所述第一参与方拥有第一隐私数据，所述方法在第一参与方的量子服务器上执行，所述方法包括：
制备第一工作系统，使其具有表征第一隐私数据的第一量子态；
制备辅助系统，使其处于预设量子态;
对第一工作系统和辅助系统施加用于将其进行纠缠的第一操作；
将所述第一操作之后的所述辅助系统，发送给所述n个参与方中下一位的参与方；
从所述n个参与方中最后一位参与方，接收变换后的辅助系统，其中，所述变换后的辅助系统由所述最后一位参与方对其拥有的第n隐私数据对应的第n量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
对第一工作系统和所述变换后的辅助系统，施加与所述第一操作对应的第二操作;
测量所述第二操作后的辅助系统，确定其是否处于所述预设量子态；
若确定结果为是，则根据第二操作后第一工作系统的当前量子态，确定第一计算结果。
在一个实施例中，制备第一工作系统，使其具有表征第一隐私数据的第一量子态，包括：
确定所述第一隐私数据的二进制编码对应的编码量子态；
对所述编码量子态施加量子傅立叶变换，将其变换为多个本征态的叠加态作为所述第一量子态。
在一个实施例中，确定第一计算结果，包括：
对第二操作后的第一工作系统施加逆量子傅立叶变换后，测量其当前量子态，得到所述第一计算结果。
在一个实施例中，所述第一工作系统和所述辅助系统均包含m量子比特，所述第一隐私数据小于2的m次方。
在一个实施例中，所述第一操作和第二操作均通过m个受控非门操作实现。
在一个实施例中，所述n个参与方拥有的参与计算的数据之和小于2的m次方。
在一个实施例中，所述第一计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据之和。
在一个实施例中，所述预设量子态为|0〉态。
第二方面提供一种基于量子计算进行多方安全计算的方法，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方、以及参与次序为最后一位的第n参与方，所述第n参与方拥有第n隐私数据，所述方法在第n参与方的量子服务器上执行，所述方法包括：
制备第n工作系统，使其具有表征第n隐私数据的第n量子态；
从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述n个参与方中上一位参与方不为第一参与方时，所述辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第三隐私数据对应的第三量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
对第n工作系统和所述辅助系统，施加量子预言算子；
将所述辅助系统发送到第一参与方。
在一个实施例中，所述多方安全计算的计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据之和。
在一个实施例中，所述多方安全计算的计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据的加权和。
在一个实施例中，所述第n隐私数据在多方安全计算中具有预设权重，所述方法还包括，根据所述预设权重确定施加的量子预言算子。
在一个实施例中，所述第n工作系统和所述辅助系统均包含m量子比特，所述第n隐私数据小于2的m次方。
在一个实施例中，所述n个参与方拥有的隐私数据之和小于2的m次方。
第三方面提供一种基于量子计算进行多方安全计算的方法，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括第二参与方，所述第二参与方的参与次序非首位且非最后一位,所述第二参与方拥有第二隐私数据，所述方法在第二参与方的量子服务器上执行，所述方法包括：
制备第二工作系统，使其具有表征第二隐私数据的第二量子态；
从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述n个参与方中上一位参与方不为第一参与方时，所述辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第四隐私数据对应的第四量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
对第二工作系统和所述辅助系统，施加量子预言算子；
将所述辅助系统发送到所述n个参与方中下一位参与方。
在一个实施例中，所述多方安全计算的计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据之和。
在一个实施例中，所述多方安全计算的计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据的加权和。
在一个实施例中，所述第n隐私数据在多方安全计算中具有预设权重，所述方法还包括，根据所述预设权重确定施加的量子预言算子。
在一个实施例中，所述第二工作系统和所述辅助系统均包含m量子比特，所述第二隐私数据小于2的m次方。
在一个实施例中，所述n个参与方拥有的隐私数据之和小于2的m次方。
第四方面提供一种基于量子计算进行多方安全计算的装置，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方，所述第一参与方拥有第一隐私数据，所述装置在第一参与方的量子服务器上实施，所述装置包括：
第一工作系统制备单元，配置为，制备第一工作系统，使其具有表征第一隐私数据的第一量子态；
辅助系统制备单元，配置为，制备辅助系统，使其处于预设量子态;
第一操作单元，配置为，对第一工作系统和辅助系统施加用于将其进行纠缠的第一操作；
辅助系统发送单元，配置为，将所述第一操作之后的所述辅助系统，发送给所述n个参与方中下一位的参与方；
辅助系统接受单元，配置为，从所述n个参与方中最后一位参与方，接收变换后的辅助系统，其中，所述变换后的辅助系统由所述最后一位参与方对其拥有的第n隐私数据对应的第n量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
第二操作单元，配置为，对第一工作系统和所述变换后的辅助系统，施加与所述第一操作对应的第二操作;
合规检测单元，配置为，测量所述第二操作后的辅助系统，确定其是否处于所述预设量子态；
计算结果确定单元，配置为，若确定结果为是，则根据第二操作后第一工作系统的当前量子态，确定第一计算结果。
第五方面提供一种基于量子计算进行多方安全计算的装置，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方、以及参与次序为最后一位的第n参与方，所述第n参与方拥有第n隐私数据，所述装置在第n参与方的量子服务器上实施，所述装置包括：
第n工作系统制备单元，配置为，制备第n工作系统，使其具有表征第n隐私数据的第n量子态；
辅助系统接受单元，配置为，从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述n个参与方中上一位参与方不为第一参与方时，所述辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第三隐私数据对应的第三量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
操作施加单元，配置为，对第n工作系统和所述辅助系统，施加量子预言算子；
辅助系统发送单元，配置为，将所述辅助系统发送到第一参与方。
第六方面提供一种基于量子计算进行多方安全计算的装置，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括第二参与方，所述第二参与方的参与次序非首位且非最后一位,所述第二参与方拥有第二隐私数据，所述装置在第二参与方的量子服务器上实施，所述装置包括：
第二工作系统制备单元，配置为，制备第二工作系统，使其具有表征第二隐私数据的第二量子态；
辅助系统接受单元，配置为，从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述n个参与方中上一位参与方不为第一参与方时，所述辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第四隐私数据对应的第四量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
操作施加单元，配置为，对第二工作系统和所述辅助系统，施加量子预言算子；
辅助系统发送单元，配置为，将所述辅助系统发送到所述n个参与方中下一位参与方。
第七方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行第一、第二、第三方面所述的方法。
第八方面提供一种计算设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现第一、第二、第三方面所述的方法。
利用本说明书实施例以上各个方面提供的任一方法、装置、存储介质、设备，可以提高多方安全计算的安全性，以及提高其计算效率。
附图说明
为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本说明书实施例的一种基于量子计算进行多方安全计算的方法的示意图；
图2示出根据本说明书实施例的一种基于量子计算进行多方安全计算的方法的流程图；
图3示出根据本说明书实施例的一种基于量子计算进行多方安全计算的方法的系统量子态变化示意图；
图4示出根据本说明书实施例的一种基于量子计算进行多方安全计算的装置的结构图；
图5示出根据本说明书实施例的另一种基于量子计算进行多方安全计算的装置的结构图；
图6示出根据本说明书实施例的又一种基于量子计算进行多方安全计算的装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明书提供的方案进行描述。
多方安全计算(MPC)，可以定义为针对无可信第三方情况下，安全地进行多方协同的计算问题。例如，在一个分布式网络中，多个参与实体各自持有秘密输入，各方希望共同完成对某函数的计算，而要求每个参与实体除计算结果外均不能得到其他参与实体的任何输入信息。传统的进行多方安全计算的方法，包括秘密分享、同态加密、混淆电路等，但是如前所述，随着量子计算技术的发展，面对量子计算呈现出的强大算力，这些传统的加密手段逐渐变得不一定绝对“安全”。
为解决上述技术问题，本说明书实施例提供了一种基于量子计算的多方安全计算的方法和装置。图1示出根据本说明书实施例的一种基于量子计算的多方安全计算的方法的流程图。下面结合图1阐述该方法的基本思想。
如图1所示，多方安全计算中涉及多个（n个）参与方， 每方各自拥有不愿意让其他方知道的隐私数据，但是n个参与方意图共同完成基于其各自的隐私数据的一种计算，例如各方隐私数据的求和计算。首先，第一参与方在其本地的量子计算设备上建立例如均为m量子比特的一个工作系统（图1中所示工作量子比特[1]）和一个辅助系统（图1中所示辅助量子比特[1]）。然后，将该工作系统制备为指示其拥有的第一隐私数据的量子态，对该量子态施加量子傅立叶变换，将其制备为一种叠加态。接着，将辅助系统制备为例如|0〉态的预定态。再对第一工作系统和辅助系统，施加例如为m个受控非门 (CNOT门)的第一量子操作使这两个系统形成纠缠态，将形成纠缠后的辅助系统发送到下一个参与方，例如为第二参与方。
第二参与方接收由第一参与方发送的辅助系统，在本地建立m个量子比特的第二工作系统（图1中所示工作量子比特[2]），并将第二工作系统制备为指示第二参与方拥有的第二隐私数据的第二量子态（也可以在接收辅助系统前制备，如图1中所示）。然后，对第二工作系统和辅助系统施加量子预言算子，从而使得第二工作系统和辅助系统形成关联，并对第二工作系统产生施加酉变换的作用。此后，第二参与方将辅助系统发送到下一个参与方。
下一个参与方在接受辅助系统后，在本地进行与第二参与方类似的操作后，将辅助系统发送到再下一个参与方，再下一个参与方接着进行类似操作，直到辅助系统传送到最后一位参与方（第n参与方）。
第n参与方接收由其上一位参与方发送的辅助系统，在本地建立m个量子比特的第n工作系统，并将第n工作系统制备为指示第n参与方拥有的第n隐私数据的第n量子态（与第二参与方上的执行过程相同，也可以在接收辅助系统前制备，如图1中所示）。然后，对第n工作系统和辅助系统施加量子预言算子，从而使得第n工作系统和辅助系统形成关联，并对第n工作系统产生施加酉变换的作用。此后，作为最后一位参与方，第n参与方将辅助系统发送回第一参与方。
第一参与方接收由第n参与方发送的辅助系统。对第一工作系统和所述变换后的辅助系统，施加与第一操作对应的、例如为m个受控非门的第二操作。然后，通过测量辅助系统是否处于例如为|0〉态的预设量子态，确定参与计算的各方在计算中是否诚实、是否遵守计算约定。若辅助系统处于|0〉态，则各参与方均在计算中遵守了计算约定，则可以在对第一工作系统施加逆量子傅立叶变换后，根据对第一工作系统的当前量子态的测量结果，获得各方隐私数据的求和计算的计算结果。
注意，进行多方安全计算可以为大于等于2的任意个参与方。在一个例如具有2个参与方（即n为2）的例子中，2个参与方分别为依次的第一参与方和第二参与方，则第一参与方首先制备并将辅助系统发送到第二参与方，第二参与方在执行本地操作后，直接将辅助系统发送回第一参与方。在一个例如具有依次的3个参与方（即n为3）的例子中，第二参与方在执行本地操作后，将辅助系统传送到第三参与方，第三参与方在执行本地操作后将辅助系统传发送回第一参与方。
利用这种基于量子计算的方法进行多方安全计算，可以在计算的各参与方仅传输辅助系统，而不需传输与本方数据相关的信息（包括加密后的、或量子态的本方数据相关信息）的情况下，完成多方安全计算；并且，整个隐私计算过程可以被验证，如果有参与方违反计算约定可以在最终测量中被发现。因此，这种计算方法可以满足多方安全计算的需要；并且，相比于传统计算，该方法使用的量子计算因为利用叠加、纠缠等量子态的性质，可以提高多方安全计算的编码和计算效率。此外，还可以凭借理论上量子计算的传输过程无法被窃听，获取更高的安全性。
下面通过实施例进一步阐述该方法的具体过程。
图2示出根据本说明书实施例的一种基于量子计算的多方安全计算的方法的流程图。图2示出的实施例中，多方安全计算的参与方包括依次参与的3个参与方，3个参与方中依次包括第一参与方、第二参与方、第三参与方,其中，第一参与方拥有第一隐私数据，第二参与方拥有第二隐私数据，第三参与方拥有第三隐私数据。如图2所示，该方法由3个参与方的量子服务器共同执行。
首先，在步骤S101，在第一参与方的量子服务器上制备第一工作系统，使其具有表征第一隐私数据的第一量子态。
该步骤中，可以先对第一隐私数据进行编码，使其可以用一种量子态表示，然后将具有若干量子比特的量子系统作为第一工作系统，并制备该种量子态。在一个实施例中，可以确定所述第一隐私数据的二进制编码对应的编码量子态； 对编码量子态施加量子傅立叶变换，将其变换为多个本征态的叠加态作为所述第一量子态。
本说明书中，量子服务器并不仅限定为单纯进行量子计算的量子服务器，在一个实施例中,量子服务器可以是经典-量子混合服务器，其中，例如进行制备和演化量子态的操作可以通过该服务器的量子计算部分完成，而例如进行第一隐私数据的二进制编码的经典计算操作，可以通过该服务器的经典计算部分完成。
在步骤S103，在第一参与方的量子服务器上制备辅助系统，使其处于预设量子态。
该步骤中，以若干量子比特的量子系统作为辅助系统，并制备为预设量子态。辅助系统和第一工作系统的量子比特数量可以相同。因此，在一个实施例中，第一工作系统和辅助系统可以均包含m量子比特。在一个例子中，第一隐私数据可以小于2的m次方。在另一个例子中， 各参与方拥有的隐私数据之和可以小于2的m次方。
在一个实施例中，预设量子态可以为|0〉态。在其他实施例中，也可以将其他量子态作为该预设量子态。
在步骤S105，对第一工作系统和辅助系统施加用于将其进行纠缠的第一操作。
该步骤中，第一操作旨在使得第一工作系统和辅助系统产生量子纠缠。在一个实施例中，第一操作可以通过m个受控非门操作实现。受控非门（CNOT门）是一种量子门操作，受控非门操作两个量子比特，即包括控制比特和被控制比特，被控制比特只有在第一个量子比特为 |1〉的时候进行NOT操作，否则就保持不变。一般可以用这个量子逻辑门来对两个量子之间进行纠缠处理，同时控制受控对象的逻辑状态。
在一个实施例中，步骤S101、S103、步骤S105的过程可以表示为如下数学公式：
Figure 283001DEST_PATH_IMAGE001
其中，|x1〉为第一隐私数据对应的编码量子态，CNOT为CNOT门操作，
Figure 731300DEST_PATH_IMAGE002
为直积，QFT为量子傅立叶变换操作，|ψ1〉为对|x1〉施加量子傅立叶变换后获得的第一量子态,N=2m,m为第一工作系统和辅助系统包含的量子比特数量,i为复数虚部单位,|j〉h为第一工作系统的本征态，|j〉t为辅助系统的本征态。|ψ2〉为对|ψ1〉和预设为|0〉的辅助系统施加m个受控非门操作后，获得的量子态。
在步骤S107，将第一操作之后的所述辅助系统，发送给依次的下一位参与方，即第二参与方。
在接收所述辅助系统后，第二参与方的量子服务器在步骤S109，制备第二工作系统，使其具有表征第二隐私数据的第二量子态。
该步骤中，与步骤S101中取得第一量子态不同的是，这里的第二量子态仅为第二隐私数据对应的编码量子态，而不是对编码量子态施加量子傅立叶变换后取得的量子态。第二工作系统和辅助系统的量子比特数量也相同。因此，在一个实施例中，第二工作系统和辅助系统可以均包含m量子比特。在一个例子中，第二隐私数据可以小于2的m次方。
需要注意的是，第二参与方制备第二工作系统不是必须在接收辅助系统后。因此，在不同的实施例中，在上述步骤S109中进行的操作，也可以由第二参与方的量子服务器在接收辅助系统之前进行，如图2中所示。
在步骤S111，对第二工作系统和辅助系统，施加量子预言算子；
该步骤中，量子预言算子的作用是使得第二工作系统和所述辅助系统产生关联，并对第二工作系统进行酉变换。酉变换，也称幺正变换，是使用酉算符所做的变换，酉算符是希尔伯特空间上保留内积的有界运算符。在不同的实施例中，量子预言算子和酉算符可以具有不同的具体实施方式，本说明书对此不做限定。
在一个具体的实施中，通过该步骤，整个量子系统的量子态可以表示为：
Figure 183141DEST_PATH_IMAGE003
其中，|x2〉为第二隐私数据对应的量子态,N=2m，m为各工作系统和辅助系统包含的量子比特数量，i为复数虚部单位，j为计算序数，|j〉h为第一工作系统的本征态，|j〉t为辅助系统的本征态，Cj为量子预言算子，Uj为酉算符，|ψ3〉为对第二工作系统和辅助系统施加m个受控非门操作后，已经加入计算的整个量子系统（包括第一参与方工作系统的m个量子比特和第二参与方工作系统的m个量子比特，以及辅助系统的m个量子比特）的量子态。
需要注意的是，如上所述，|ψ3〉为至此已经加入计算的整个量子系统的量子态。但是，参与多方安全计算的任意一方，并不完全知道该量子态。由于已经加入计算的整个量子系统的量子态包括已经加入计算的各参与方的工作系统和辅助系统的量子态。然而，其中任意一方只拥有整个量子系统的一部分，即对其本身制备或存储的工作系统具有直接操作或测量的能力，以及当辅助系统发送到或处于该参与方时，可以获得辅助系统的直接操作或测量的能力，而不具有对其他参与方的工作系统进行直接操作或测量的能力，以及不具有对不处于该参与方时的辅助系统的直接操作或测量的能力。因此，参与多方安全计算的任意一方，只可以知道整个量子系统的一部分的状态信息，而不可能知道其全部状态信息。
在不同的实施例中，多方安全计算的计算结果可以为各个参与方拥有的隐私数据之和，还可以为各个参与方拥有的隐私数据的加权和。在一个例子中，第二隐私数据在多方安全计算中可以具有预设权重，可以根据所述预设权重确定施加的量子预言算子。
在步骤S113，将所述辅助系统发送到下一位参与方，即第三参与方。
在步骤S115，在第三参与方接收辅助系统后，在第三参与方的量子服务器上制备第三工作系统，使其具有表征第三隐私数据的第三量子态；
对于该步骤的具体操作和作用的描述，可参见于对步骤S109的描述。
在步骤S117，对第三工作系统和所述辅助系统，施加量子预言算子；
对于该步骤的具体操作和作用的描述，可参见于对步骤S111的描述。
在不同的实施例中，多方安全计算参与方不限定为3个，还可以为大于等于2的任意n个。在一个具体的实施例中，在多方安全计算的依次的最后一个参与方（第n参与方）对于其工作系统（对应于第n方拥有的第n隐私数据的第n工作系统）和接受的辅助系统进行对应于步骤S111或步骤S117的本地操作之后，整个量子系统的状态如下：
Figure 843930DEST_PATH_IMAGE004
其中,|x1〉...|xn〉为第二到第n隐私数据对应的量子态，N=2m，m为各工作系统和辅助系统包含的量子比特数量，i为复数虚部单位，j、k为计算序数，|j〉h为第一工作系统的本征态，|j〉t为辅助系统的本征态，|ψ4〉为第n参与方对第n工作系统和辅助系统施加量子预言算子后，加入计算的整个量子系统（包括各个参与方各自拥有的工作系统，以及辅助系统）的量子态。注意，|ψ4〉为整个量子系统的状态，由于整个量子系统不为任意一个参与方单独拥有，因此该整体系统的量子态也不能为任意一个参与方全部掌握，原因详见于对步骤S111的描述中，这里不再赘述。
如上所述，该实施例中第三参与方为最后参与方，因此，在步骤S119，将辅助系统发送到第一参与方。
在步骤S121，在第一参与方接受辅助系统后，对第一工作系统和接受到的辅助系统，施加与所述第一操作对应的第二操作。在一个实施例中，第一操作和第二操作可以均通过m个受控非门操作实现。
在一个具体的实施例中，施加第二操作后，整个量子系统的状态，可以表示为：
Figure 563362DEST_PATH_IMAGE005
其中，|x2〉...|xn〉为第二到第n隐私数据对应的量子态，CNOT为CNOT门操作，
Figure 916983DEST_PATH_IMAGE002
为直积，N=2m，m为各工作系统和辅助系统包含的量子比特数量，i为复数虚部单位，j、k为计算序数，|j〉t为第一工作系统的本征态,|0〉t表示辅助系统为|0〉态,|ψ5〉为第一参与方对第一工作系统和辅助系统施加m个受控非门操作后，已经加入计算的整个量子系统（包括各个参与方各自拥有的工作系统，以及辅助系统）的量子态,|ψ4〉为施加该操作前整个量子系统的量子态。注意，当前第一参与方依然并不拥有整个量子系统，其依然仅可对当前掌握的第一工作系统和辅助系统进行直接控制和测量。
在步骤S123，测量所述第二操作后的辅助系统，确定其是否处于所述预设量子态；
在一个实施例中，预设量子态可以为|0〉态。当测量辅助系统为|0〉态，则可确定参与计算的各方在操作中均遵守多方安全计算的规则，可以进行下一步的计算。当测量辅助系统不为|0〉态时，则可以确定参与计算的各方在操作中至少有一方没有遵守多方安全计算的规则，在一个例子中，在此情况下，可以放弃计算。
在步骤S125，若确定结果为是，则根据第二操作后第一工作系统的当前量子态，确定第一计算结果。
在步骤S123中确定了参与计算的各方在操作中均遵守多方安全计算的规则之后，可以通过测量第一工作系统的当前量子态获取多方安全计算的计算结果。具体的，在一个实施例中，可以对第二操作后的第一工作系统施加逆量子傅立叶变换后，测量其当前量子态，得到第一计算结果，如图3所示。在一个实施例中，得到的第一计算结果为，
Figure 590540DEST_PATH_IMAGE006
，其中，ω为第一计算结果，xi为各参与方的隐私数据，n为参与方数量,N=2m，m为各工作系统和辅助系统的量子比特数。在一个例子中，各方参与方隐私数据之和小于N，因此，得到的计算结果
Figure 320599DEST_PATH_IMAGE007
，即得到的计算结果ω为各方参与方隐私数据之和。在另一个例子中，第一计算结果还可以为多个参与方拥有的隐私数据的加权和。
图4示出根据本说明书实施例的一种基于量子计算进行多方安全计算的装置的结构图。多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方， n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方，第一参与方拥有第一隐私数据，该装置在第一参与方的量子服务器上实施，如图4所示，该装置400至少包括：
第一工作系统制备单元41，配置为，制备第一工作系统，使其具有表征第一隐私数据的第一量子态；
辅助系统制备单元42，配置为，制备辅助系统，使其处于预设量子态;
第一操作单元43，配置为，对第一工作系统和辅助系统施加用于将其进行纠缠的第一操作；
辅助系统发送单元44，配置为，将所述第一操作之后的所述辅助系统，发送给所述n个参与方中下一位的参与方；
辅助系统接受单元45，配置为，从所述n个参与方中最后一位参与方，接收变换后的辅助系统，其中，所述变换后的辅助系统由所述最后一位参与方对其拥有的第n隐私数据对应的第n量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
第二操作单元46，配置为，对第一工作系统和所述变换后的辅助系统，施加与所述第一操作对应的第二操作;
合规检测单元47，配置为，测量所述第二操作后的辅助系统，确定其是否处于所述预设量子态；
计算结果确定单元48，配置为，若确定结果为是，则根据第二操作后第一工作系统的当前量子态，确定第一计算结果。
图5示出根据本说明书实施例的另一种基于量子计算进行多方安全计算的装置的结构图。多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方， n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方、以及参与次序为最后一位的第n参与方，第n参与方拥有第n隐私数据，该装置在第n参与方的量子服务器上实施，该装置500包括：
第n工作系统制备单元51，配置为，制备第n工作系统，使其具有表征第n隐私数据的第n量子态；
辅助系统接受单元52，配置为，从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述n个参与方中上一位参与方不为第一参与方时，所述辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第三隐私数据对应的第三量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
操作施加单元53，配置为，对第n工作系统和所述辅助系统，施加量子预言算子；
辅助系统发送单元54，配置为，将所述辅助系统发送到第一参与方。
图6示出根据本说明书实施例的另一种基于量子计算进行多方安全计算的装置的结构图。多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括第二参与方，所述第二参与方的参与次序非首位且非最后一位,所述第二参与方拥有第二隐私数据，所述装置在第二参与方的量子服务器上实施，所述装置600包括：
第二工作系统制备单元61，配置为，制备第二工作系统，使其具有表征第二隐私数据的第二量子态；
辅助系统接受单元62，配置为，从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述n个参与方中上一位参与方不为第一参与方时，所述辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第四隐私数据对应的第四量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
操作施加单元63，配置为，对第二工作系统和所述辅助系统，施加量子预言算子；
辅助系统发送单元64，配置为，将所述辅助系统发送到所述n个参与方中下一位参与方。
本说明书又一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，实现上述任一项方法。
本说明书再一方面提供一种计算设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现上述任一项方法。
需要理解，本文中的“第一”，“第二”等描述，仅仅为了描述的简单而对相似概念进行区分，并不具有其他限定作用。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执轨道，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域普通技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执轨道的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种基于量子计算进行多方安全计算的方法，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方，所述第一参与方拥有第一隐私数据，所述方法在第一参与方的量子服务器上执行，所述方法包括：
制备第一工作系统，使其具有表征第一隐私数据的第一量子态；
制备辅助系统，使其处于预设量子态;
对第一工作系统和辅助系统施加用于将其进行纠缠的第一操作；
将所述第一操作之后的所述辅助系统，发送给所述n个参与方中下一位的参与方；
从所述n个参与方中最后一位参与方，接收变换后的辅助系统，其中，所述变换后的辅助系统由所述最后一位参与方对其拥有的第n隐私数据对应的第n量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
对第一工作系统和所述变换后的辅助系统，施加与所述第一操作对应的第二操作;
测量所述第二操作后的辅助系统，确定其是否处于所述预设量子态；
若确定结果为是，则根据第二操作后第一工作系统的当前量子态，确定第一计算结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，制备第一工作系统，使其具有表征第一隐私数据的第一量子态，包括：
确定所述第一隐私数据的二进制编码对应的编码量子态；
对所述编码量子态施加量子傅立叶变换，将其变换为多个本征态的叠加态作为所述第一量子态。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定第一计算结果，包括：
对第二操作后的第一工作系统施加逆量子傅立叶变换后，测量其当前量子态，得到所述第一计算结果。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一工作系统和所述辅助系统均包含m量子比特，所述第一隐私数据小于2的m次方。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一操作和第二操作均通过m个受控非门操作实现。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述n个参与方拥有的隐私数据之和小于2的m次方。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据之和。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预设量子态为|0〉态。
9.一种基于量子计算进行多方安全计算的方法，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方、以及参与次序为最后一位的第n参与方，所述第n参与方拥有第n隐私数据，所述方法在第n参与方的量子服务器上执行，所述方法包括：
制备第n工作系统，使其具有表征第n隐私数据的第n量子态；
从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述上一位参与方不为第一参与方时，辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第三隐私数据对应的第三量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
对第n工作系统和辅助系统，施加量子预言算子；
将辅助系统发送到第一参与方。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
当所述n个参与方中上一位参与方为第一参与方时，所述辅助系统由第一参与方对其拥有的隐私数据对应的量子态、以及制备的辅助系统，施加使其纠缠的第一操作而得到。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多方安全计算的计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据之和。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多方安全计算的计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据的加权和。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第n隐私数据在多方安全计算中具有预设权重，所述方法还包括，根据所述预设权重确定施加的量子预言算子。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第n工作系统和所述辅助系统均包含m量子比特，所述第n隐私数据小于2的m次方。
15.一种基于量子计算进行多方安全计算的方法，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括第二参与方，所述第二参与方的参与次序非首位且非最后一位,所述第二参与方拥有第二隐私数据，所述方法在第二参与方的量子服务器上执行，所述方法包括：
制备第二工作系统，使其具有表征第二隐私数据的第二量子态；
从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述n个参与方中上一位参与方不为第一参与方时，辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第四隐私数据对应的第四量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
对第二工作系统和辅助系统，施加量子预言算子；
将辅助系统发送到所述n个参与方中下一位参与方。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，
当所述n个参与方中上一位参与方为第一参与方时，所述辅助系统由第一参与方对其拥有的隐私数据对应的量子态、以及制备的辅助系统，施加使其纠缠的第一操作而得到。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多方安全计算的计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据之和。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述多方安全计算的计算结果为所述n个参与方拥有的隐私数据的加权和。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二隐私数据在多方安全计算中具有预设权重，所述方法还包括，根据所述预设权重确定施加的量子预言算子。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二工作系统和所述辅助系统均包含m量子比特，所述第二隐私数据小于2的m次方。
21.一种基于量子计算进行多方安全计算的装置，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方，所述第一参与方拥有第一隐私数据，所述装置在第一参与方的量子服务器上实施，所述装置包括：
第一工作系统制备单元，配置为，制备第一工作系统，使其具有表征第一隐私数据的第一量子态；
辅助系统制备单元，配置为，制备辅助系统，使其处于预设量子态;
第一操作单元，配置为，对第一工作系统和辅助系统施加用于将其进行纠缠的第一操作；
辅助系统发送单元，配置为，将所述第一操作之后的所述辅助系统，发送给所述n个参与方中下一位的参与方；
辅助系统接受单元，配置为，从所述n个参与方中最后一位参与方，接收变换后的辅助系统，其中，所述变换后的辅助系统由所述最后一位参与方对其拥有的第n隐私数据对应的第n量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
第二操作单元，配置为，对第一工作系统和所述变换后的辅助系统，施加与所述第一操作对应的第二操作;
合规检测单元，配置为，测量所述第二操作后的辅助系统，确定其是否处于所述预设量子态；
计算结果确定单元，配置为，若确定结果为是，则根据第二操作后第一工作系统的当前量子态，确定第一计算结果。
22.一种基于量子计算进行多方安全计算的装置，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括参与次序为首位的第一参与方、以及参与次序为最后一位的第n参与方，所述第n参与方拥有第n隐私数据，所述装置在第n参与方的量子服务器上实施，所述装置包括：
第n工作系统制备单元，配置为，制备第n工作系统，使其具有表征第n隐私数据的第n量子态；
辅助系统接受单元，配置为，从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述n个参与方中上一位参与方不为第一参与方时，辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第三隐私数据对应的第三量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
操作施加单元，配置为，对第n工作系统和辅助系统，施加量子预言算子；
辅助系统发送单元，配置为，将辅助系统发送到第一参与方。
23.一种基于量子计算进行多方安全计算的装置，所述多方安全计算的参与方包括依次参与的n个参与方，所述n个参与方中包括第二参与方，所述第二参与方的参与次序非首位且非最后一位,所述第二参与方拥有第二隐私数据，所述装置在第二参与方的量子服务器上实施，所述装置包括：
第二工作系统制备单元，配置为，制备第二工作系统，使其具有表征第二隐私数据的第二量子态；
辅助系统接受单元，配置为，从所述n个参与方中上一位参与方，接收辅助系统，其中，当所述n个参与方中上一位参与方不为第一参与方时，辅助系统由所述上一位参与方对其拥有的第四隐私数据对应的第四量子态、以及其接收的辅助系统，施加量子预言算子而得到;
操作施加单元，配置为，对第二工作系统和辅助系统，施加量子预言算子；
辅助系统发送单元，配置为，将辅助系统发送到所述n个参与方中下一位参与方。
24.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-20中任一项的所述的方法。
25.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现权利要求1-20中任一项所述的方法。
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